塔里木盆地关键构造变革期不整合特征及其地质意义

塔里木盆地自奥陶纪以来,先后经历了加里东中期Ⅰ幕、加里东中期Ⅲ幕、海西早期、海西晚期、印支期、燕山中期及燕山晚期--喜马拉雅期等7 次关键构造变革期,并且形成7 个重要不整合界面,这些不整合具有各自不同的类型和特征。通过地震剖面识别、测井分析和岩心观察等手段分析,认为这些不整合面现今在盆地内主要表现为平行不整合、叠合不整合、褶皱不整合、断褶不整合、古岩溶和古侵蚀不整合。随着盆地的演化,这些不整合面在几何形态、空间位置和时间上不断发生变化。根据这些变化,认为塔里木盆地这些主要不整合在几何形态上具有叠合、复合特征,空间上具有分层、差异的特征,时间上表现为迁移特征。不整合与所经历的构造运动强弱,剥蚀时间长短,沉积时的气候、环境有着密切关系     

塔里木盆地塔中低凸起地层水化学特征对不整合的响应

对塔中低凸起地层水化学特征与不整合之间关系的研究结果表明,地层水化学特征对不整合具有很好的响应。在遭受强烈抬升和剥蚀、之间形成不整合的奥陶系和志留系,以及紧靠不整合面附近的石炭系CⅢ油组,其地层水具有矿化度、Cl-含量、K Na 含量和r(Cl-Na)/rMg值相对较小,而HCO3-含量、rNa/rCl值和rSO42-×100/rCl值相对较大的特点,反映出地质历史时期大气降水的影响。在志留系与石炭系之间以及志留系与奥陶系之间的不整合面附近,地层水的矿化度、r(Cl-Na)/rMg值和B3 含量变小,而rNa/rCl值和rSO24-×100/rCl值变大,具有典型的遭受大气淋滤的地层水化学基本特征。     

塔里木盆地早古生代晚期构造-沉积响应

伴随相对海平面由上升转为下降的周期变化,塔里木盆地在早古生代经历了一次大规模的扩张→挤压→隆升的开合旋回,早期(震旦纪-中奥陶世)处于拉张的构造背景下,呈现西台(碳酸盐台地)东盆(满加尔-库鲁克塔格深水盆地)的古地理格局。中西部广大地区沉积了巨厚的浅水台地相碳酸盐岩,以中晚寒武世的下丘里塔格群和早中奥陶世的上丘里塔格群为标志;东部的满加尔-库鲁克塔格则以厚度不大的远洋硅-灰泥沉积为主。盆地构造性质的转换及沉积古地理的巨大改变发生于中奥陶世中晚期,以塔中、塔北的隆起和塘古孜巴斯坳陷及阿瓦提-满加尔坳陷的形成为标志,呈近南北向隆-坳相间的盆地格局。沉积记录的响应表现为碳酸盐台地的消失、陆源物质的逐渐注入和向上变粗、火山活动和火山碎屑的出现以及巨厚砂泥质浊积岩在塔东盆地内的充填等。因此,中晚奥陶世-中泥盆世是塔里木盆地海域逐渐萎缩、盆地不断隆升和相对海平面逐渐下降的一个过程。     

阿尔金山新生代隆升历史:来自塔东南若羌凹陷的沉积记录

阿尔金山位于青藏高原北部边缘,在高原隆升和演化过程中扮演着重要的角色。但是,关于它的新生代隆升历史现今仍存在较大的争议。阿尔金山北麓若羌凹陷新生代接受来自山脉的剥蚀物质。因此,凹陷内的沉积特征记录了阿尔金山新生代隆升的重要信息。本文利用石油钻井编录资料及地震剖面,通过对盆地区新生代各个地层之间的接触关系、沉积相组合和沉积速率变化进行研究,结果显示阿尔金山34Ma以来的隆升分为两阶段:第一阶段为34~20.4Ma,持续低速隆升;第二阶段为16Ma至现今,急剧快速隆升。结合前人研究成果,认为渐新世—早中新世,阿尔金断裂作为一个局限在中、下地壳的韧性剪切带造成阿尔金山一带产生大范围的地表隆起,控制了山脉在第一阶段的持续低速隆升;中中新世以来,阿尔金断裂大规模左行走滑,青藏高原北缘主要通过地壳缩短的形式释放应力,控制了山脉在第二阶段的急剧快速隆升。     

塔里木盆地塔中隆起构造演化与油气关系

笔者结合塔里木盆地形成的构造背景对塔中隆起的主要构造演化过程进行了研究,并具体分析了各构造演化阶段与志留系油气的关系。研究表明,塔中隆起源于早古生代拉张背景下的正断层,寒武-奥陶纪为其烃源岩形成的重要时期;早奥陶世末-晚奥陶世末的构造反转是塔中隆起的主要形成期,同时也为志留系的形成及复合圈闭提供了古地理背景;泥盆纪末塔中鼻状隆起基本定型,古油藏遭受破坏,形成了沥青砂岩;早二叠世晚期的构造变形使古油藏遭受进一步的破坏;二叠纪后构造变动主要以调节为主。伴随整个构造的演化,志留系的油气聚集也是分期次、不同规模的进行。     

塔里木盆地西部奥陶系内部不整合

塔里木盆地西部柯坪地区奥陶系内部存在两期主要不整合。其一,位于下奥陶统蓬莱坝组与鹰山组之间,为平行不整合。该不整合在柯坪县北水泥厂剖面上缺失牙形石Glyptoconus floweri带和Tripodus proteus—Paltodus deltifer带,有大至相当于5.5Ma的地层缺失量;在乌什县鹰山北坡剖面上缺失了牙形石Glyptoconus quadraplicatus带、Glyptoconus floweri带和Tripodus proteus/Paltodus deltifer带,有相当于约7.2Ma的地层缺失量。其二,存在于上奥陶统铁热克阿瓦提组与下伏地层之间,主要为平行不整合,局部为角度不整合。古生物研究表明其间的地层缺失量变化相当大,在柯坪大湾沟、大湾沟东以及羊吉坎剖面上,不整合之下地层为印干组,地层缺失量比较少,时间间隔为1~2Ma;在阿克苏四石厂剖面和柯坪铁热克阿瓦提剖面,其下伏地层为其浪组,缺失了印干组和其浪组的上部,其时间间隔相当于约5Ma;在伽师三间房剖面,下伏地层为吐木休克组或一间房组,缺失地层的时间间隔约为15Ma;西克尔地区地层缺失量最大,铁热克阿瓦提组直接覆于中奥陶统鹰山组之上,缺失地层的时间间隔超过了20Ma。     

塔里木盆地东北缘早古生代构造格局及演化

塔里木盆地东北缘构造带包括了新疆东天山及甘肃—内蒙北山广大地区。本区早古生代塔里木板块与哈萨克斯坦板块的对接带展布于由西段阿其克库都克断裂带向东与石板井—小黄山蛇绿混杂岩一线。晋宁运动(800 Ma)本区经历了广泛的岩浆热事件,西伯利亚板块、哈萨克斯坦板块与塔里木板块曾一度合并到罗迪尼亚超大陆之上。南华—震旦纪古大陆解体,哈萨克斯坦板块及塔里木板块块断区以多岛群体弥散于古亚洲洋内。塔里木板块东段的陆缘区,震旦—寒武纪显示海湾型沉积区。奥陶纪沿花牛山—五峰山—帐房山一线裂解为裂谷带,晚奥陶世末前碰撞期岩浆活动导致裂谷关闭。早、中志留世,古亚洲洋洋壳板片沿着尾亚南—芨芨台子山—白云山—月牙山—洗肠井一线向南俯冲,构筑了公婆泉火山岛弧带及相匹配的红柳河—牛圈子—碱泉子弧后盆地。晚志留世的碰撞初期花岗岩浆运动极为活跃。泥盆纪进入主碰撞期,造山阶段的岩浆热事件波及到隆升中的造山带,在其南缘沉陷为火山-磨拉石前陆盆地。     

鄂尔多斯盆地前侏罗纪古地貌形成演化及沉积充填特征

采用河流阶地、河谷形态和残余厚度等方法,结合地震和钻井资料,恢复了鄂尔多斯盆地前侏罗纪古地貌形成演化阶段及其特征。结果表明,三叠纪末期盆地主要经历了两次特征不同的构造抬升侵蚀过程,第一次为整体性均衡抬升,抬升侵蚀作用较强;第二次为宽缓V字型不均衡抬升,抬升侵蚀作用相对较弱。前侏罗纪古地貌的形成是晚印支构造运动的侵蚀响应,根据抬升期次晚印支运动可以分为两个亚幕。随着抬升侵蚀的结束,古地貌中河谷首先开始了沉积充填,先后沉积了限制性河谷环境的富县组和半限制河谷环境的延安组延10段河流相地层。     

中国多旋回叠合沉积盆地的形成演化、地质结构与油气分布规律

深入认识盆地的地质结构与构造演化,探讨盆地的油气分布规律,将为揭示中国大陆属性、资源能源分布、环境变化及油气勘探新领域奠立重要基础。本文立足于油气勘探的新资料,应用活动论构造历史观与比较大地构造学方法,分析了中国叠合沉积盆地的构造演化、构造分区、地质结构与油气成藏模式,探索油气分布规律。研究表明,中国叠合沉积盆地经历了中新元古代、寒武纪—泥盆纪(或中泥盆世)、(晚泥盆世—)石炭纪—三叠纪与侏罗纪—第四纪4个构造旋回的演化;据东西向两条构造锋线和南北(或北北东)向的两条改造锋线及西太平洋弧后盆地带,可将中国划分为北疆、内蒙古、松辽、塔里木—阿拉善、鄂尔多斯、渤海湾、青藏、四川、华南与海域等10个沉积盆地区;发育有前陆/克拉通、前陆/坳陷、坳陷/断陷、断陷/坳陷、反转断陷、被动陆缘、走滑叠合和改造残留等8种叠合盆地结构类型;发育安岳裂陷槽型、塔北型、苏里格复合三角洲型、玛湖凹陷型、陆梁隆起型、库车冲断带型、大庆长垣型、古潜山型、中央峡谷水道型、柴东生物气型、四川源内型与沁水向斜煤层气型等12种典型油气成模式;盆地内凹陷/断陷的油气分布具有空间有序性,叠合界面油气富集具优势性,油气叠合分布有强的非均一性,中西部前陆/克拉通叠合型盆地的油、气分区分布,海域被动陆缘/断陷叠合型盆地的油、气分带分布。中国多旋回叠合盆地具有独特的“三环带状”油气分布格局。     

Permian bimodal dyke of Tarim Basin, NW China: Geochemical characteristics and tectonic implications

This study reports for the first time the occurrence of bimodal dyke in the Shuigongtuan area of Bachu County, Tarim Basin, NW China. Here, quartz syenite porphyry and diabase dykes occur in direct contact showing bimodal feature. The quartz syenitic porphyry is metaluminous, enriched in K₂O + Na₂O (10–11 wt.%) and total rare earth elements (REE), with low Mg/(Mg + Fe) ratios, high LREE/HREE, and negative Eu anomalies. The chemical characteristics and tectonic discriminative diagrams show that the rocks have geochemical affinity with A-type granites. The diabase dyke shows 45–52 wt.% SiO₂ and Mg/(Mg + Fe) ratio in the range of, with high total REE, high LREE/HREE ratios and lack of Eu anomalies, broadly corresponding to tholeiitic composition. Based on low Y/Nb (as low as 0.4, and less than 1.2), enrichment in LILE and HFSE, and uniform Nb-enrichment patterns in spider diagram for the quartz syenitic porphyry, together with the geochemical patterns of the diabases, this biomodal association is interpreted to be derived from a mantle source and formed under typical within-plate environment. The quartz syenitic porphyry and diabase have Daly gap of 46 wt.%–67 wt.% in SiO₂, which is explained through formation under bimodal rifting. The quartz syenitic dyke probably formed during Early Permian (277 Ma) and has geochemical affinity with the Xiaohaizi syenitic body. We propose that magmas sourced from the mantle intruded into middle–upper crust and were emplaced as dykes, which indicate large-scale extension during the Permian in Tarim Basin. The bimodal dyke has genetic affinity with the huge volume of Permian basalts and igneous rocks (248–292 Ma) that occur in the Tarim Basin. The magmatism manifests the culmination of the major thermal event in the Tarim Basin.     

叠合型不整合结构与油气分布样式：以塔中石炭系东河砂岩为例

探讨了东河砂岩三级层序界面处发育的不整合结构在空间上有序分布所造成油气的差异运聚。将东河砂岩划分为底部不整合上覆层、原状输导层、风化残余层、风化黏土层、顶部不整合上覆层和区域盖层6类成藏结构单元。成藏结构单元在塔中西北地区和塔中东南地区组成不同,构成两类7种不整合成藏结构样式。两类成藏结构样式分别对应两类的油气藏组合:(1)在塔中地区西北部成藏结构单元被分隔,油气沿东河砂岩段顶部风化黏土层及盖层底部发生运移,形成不整合遮挡型油气藏组合,包括不整合上覆层背斜油气藏、不整合上覆层岩性油气藏和风化残余层低幅背斜油气藏3种油气藏;(2)在东南地区成藏结构单元之间发生连通,油气底部不整合上覆层和盖层底部向隆起部位侧向输导,形成不整合连通型油气藏组合,包括连通型背斜油气藏和连通型地层超覆油气藏2种油气藏。这为东河砂岩的进一步勘探开发提供了指导。     

塔里木盆地基底卷入扭压构造与巴楚隆起的形成

在板块斜向碰撞中,与走滑断层相伴生的隆升是弯曲挤压的必然结果。印度板块与欧亚板块的斜向碰撞使得塔里木盆地边界和内部发育的基底卷入构造大多表现出逆冲与走滑断裂的双重特征。本文通过地震、钻井和构造几何学、地面资料约束研究表明,巴楚隆起两侧的阿恰-吐木休克和色力布亚-玛扎塔格断裂是由基底卷入构造和扭压构造复合而成的基底卷入扭压构造。这种构造样式的组合包括3个部分,即两端的基底走滑断裂和中段的基底卷入逆冲断裂。巴楚隆起的形成主要与阿恰-吐木休克断裂的基底卷入扭压构造活动有关。巴楚隆起的形成过程具有“跷跷板”特点,可分两个阶段:巴楚隆起前石炭纪沿南缘的玛扎塔格断裂抬升,地层最大剥蚀厚度至少530m;前古近纪,主要剥蚀区沿吐木休克断裂以南展布,推测最大剥蚀厚度超过1100m。巴楚隆起南段的主变形期是在前石炭纪完成的,地层缩短量约占55%;北段推迟到前古近纪,缩短量占55%;而中段的地层缩短量一直在逐步增强,前上新世达到最大,占52%。     

Intra-platform tectono-sedimentary response to geodynamic transition along the margin of the Tarim Basin,NW China

The Tarim Basin has experienced three tectonic evolutionary phases from the Cambrian to Ordovician: (1) Regional extension from the late Neoproterozoic to Mid-Early Cambrian, (2) Relatively weak regional compression from the Late Cambrian to Mid-Early Ordovician, and (3) Regional compression during the Late Ordovician. Intra-platform tectonic and sedimentary characteristics indicate a clear linkage to the tectonic evolution of the basin margin during early Paleozoic time. During the Cambrian, small intra-platform rift-related depressions formed during an extensional setting. During the Mid-Early Ordovician, a transition from extension to compression caused formation of the Tazhong and Tabei paleo-uplifts and major unconformities T₇⁴ (base of the Late Ordovician). The evolving paleo-geomorphology led to differentiation of sedimentary facies, and numerous intra-platform shoals formed during deposition of the Early Ordovician Yingshan Formation. During the Late Ordovician, regional compression began, which changed the platform margin slopes into four slopes that surrounded the three isolated island uplifts of Tabei, Tazhong, and Tangnan in the Late Ordovician. Simultaneously, the basin margin dynamic conditions also changed the relative sea level and filling pattern of the basin. In the Early and Middle Cambrian, the Tarim Basin mainly developed a progradational ramp-type platform due to relative sea level fall. From the Late Cambrian to Early Ordovician the relative sea level began to rise, resulting in an aggradational—retrograding rimmed margins-type platform. In the Late Ordovician, along with a further rise in relative sea level, the basin mainly developed isolated platform.     

Extensional tectonics and sedimentary response of the Early-Middle Cambrian passive continental margin, Tarim Basin, Northwest China

The fact that several half-grabens and normal faults developed in the Lower—Middle Cambrian of Tazhong(central Tarim Basin) and Bachu areas in Tarim Basin,northwest China,indicates that Tarim Basin was under extensional tectonic setting at this time.The half-grabens occur within a linear zone and the normal faults are arranged in en echelon patterns with gradually increasing displacement eastward.Extensional tectonics resulted in the formation of a passive continental margin in the southwest and a cratonic margin depression in the east,and most importantly,influenced the development of a three-pronged rift in the northeast margin of the Tarim Basin.The fault system controlled the development of platform-slope-bathyal facies sedimentation of mainly limestone-dolomite-gypsum rock-saline rock-red beds in the half-grabens.The NW-SE trending half-grabens reflect the distribution of buried basement faults.     

塔里木盆地及邻区寒武纪——三叠纪构造古地理格局的初步重建

塔里木陆块寒武纪——三叠纪主要经历了从东冈瓦纳大陆西北缘裂解、到向劳亚大陆聚合的演化过程,北部长期为被动大陆边缘环境,南部主要为裂谷、持续裂解以及漂移过程中陆块地体增生拼合,主要为弧后前陆盆地或隆起。塔里木盆地一级层序地层、区域不整合事件、次级构造单元的构造演化等,与板块边界上构造活动及其板块运动轨迹的变化具有明显的一致性,板块边界上的挤压造山活动,造成盆地隆升以及盆地岩相古地理格局的剧烈变化。引发塔里木盆地早二叠世大火成岩省的地幔柱活动,垂向上也造成石炭系穹隆状剥蚀抬升。塔里木叠合盆地的形成是小陆块上不同时期不同盆地类型复合的产物,而在世界其他大板块上,它们在横向上可能处于不同位置,不会发生垂向叠合,而以不同时代的不同盆地出现。塔里木陆块较全球典型克拉通盆地规模小,在与周边陆块碰撞汇聚时受改造强烈,构造变形程度大并由陆块边缘向陆块内扩展,南、北两侧陆块边界上的强烈构造作用易于对整个盆地产生强烈影响,发育挤压期盆地隆起和前陆盆地等。     

塔里木盆地中-上奥陶统浊积岩物源分析及大地构造意义

通过地表露头及钻井取心的浊积岩沉积特征观察及古流向分析、砂岩主量元素化学成分分析及地震相分析,提出塔里木盆地奥陶系陆源碎屑浊积岩主要发育于塔东地区及塘古兹巴斯坳陷的上奥陶统之中,其浊流沉积物源主要来自盆地东南侧的阿尔金岛弧、其次来自盆地西南侧的库地活动陆缘隆起;仅盆地东北缘却尔却克山地区出露的中奥陶统顶部的却尔却克组下部陆源碎屑浊积岩的物源区,主要来自其北侧的库鲁克塔格被动陆缘隆起(台地隆起剥蚀区)。综合分析认为,晚奥陶世发生于板块南缘的阿尔金岛弧及库地活动陆缘隆起与塔里木板块的碰撞挤压运动产生的大量陆源碎屑物源,导致了板块内部多个孤立碳酸盐台地的逐步消亡及板块南部浊流盆地群的形成。     

塔里木盆地东北缘盖层不整合序列及其构造演化

塔里木盆地东北缘新元古界-新生界中分布多期不整合界面。它们是不同地球动力学背景的产物,也是研究塔里木盆地东北缘乃至整个盆地构造演化的重要依据。通过野外地质调查和盆地内地震资料的综合研究,进一步阐述Nh₂/Nh₁、∈/Z 、O₃/O₂、S/O₃、C/AnC、T/AnT、J/AnJ、E/AnE和N₂/N₁重要的不整合面特征及其形成的地球动力学背景,建立了研究区完整的盖层不整合演化序列。根据不整合面特征,结合地层、沉积和构造特征将塔里木盆地东北缘盖层构造演化划分为3个旋回、6个阶段：（1）南华纪-泥盆纪克拉通内裂解和闭合旋回,（2）石炭纪-三叠纪克拉通边缘裂解-闭合旋回,（3）侏罗纪-第四纪拉张-挤压旋回;①南华纪-奥陶纪克拉通内坳拉槽阶段,②志留纪-泥盆纪挤压隆升阶段,③石炭纪-早二叠世克拉通内坳陷盆地阶段,④早二叠世末期冲断走滑-三叠纪前陆盆地阶段,⑤侏罗纪-古近纪断陷-坳陷盆地阶段,⑥新近纪-第四纪再生前陆盆地阶段。     

塔里木盆地北缘二叠纪巴立克立克组凝灰岩年代学、地球化学及构造意义

塔里木盆地北缘广泛分布的二叠纪火山岩,对于理解天山造山带晚古生代构造演化具有重要研究意义。本文以哈拉峻地区巴立克立克组凝灰岩为研究对象,开展了地球化学、年代学和Lu-Hf同位素研究,结果显示凝灰岩富硅(SiO₂=74.59％~76.18％)、富碱(Na₂O+K₂O=7.48％~7.79％)、低铝(Al₂O₃=13.80%~14.29%),属于钾玄质过铝质流纹岩类;具轻稀土元素富集、重稀土元素相对亏损的特征,具Eu弱正异常,相对富集Rb、Th等大离子亲石元素(LILE),亏损P、Nb、Ta、Ti等高场强元素(HFSE),Nb/Ta值平均为16.60,Sr/Y值平均为2.42,Mg^#值平均为34.71;LA-ICP-MS锆石U-Pb年代学分析结果显示巴立克立克组凝灰岩的结晶年龄为280.47±2.58 Ma,εHf(t)值为-0.73~2.12,二阶段模式年龄(t_DM2)为1 318~1 145 Ma。结合塔里木盆地北缘早二叠世的构造演化、岩浆活动及沉积分布等信息,指出巴立克立克组沉积于南天山洋壳向塔里木板块俯冲的板内裂谷盆地中,具非造山板内岩浆岩特征,可能为地幔柱作用背景下,岩石圈地幔底侵导致地壳物质部分熔融的产物,继承了壳源和幔源的双重源区特征。     

塔里木盆地下古生界岩溶型储层类型及特征

塔里木盆地下古生界岩溶型储层可划分为同生岩溶、风化壳岩溶和埋藏岩溶等三种类型。同生岩溶型储层主要为礁滩体受三级或四级相对海平面下降导致的短暂暴露和淡水淋溶的产物。风化壳岩溶型储层包括层间岩溶和潜山岩溶两个亚类:层间岩溶为碳酸盐岩中—短期抬升剥蚀和淡水淋溶的产物,地形起伏平缓,与上覆碳酸盐岩呈平行不整合接触;潜山岩溶为碳酸盐岩长期抬升剥蚀和淡水淋溶的产物,地形起伏强烈,与上覆石炭系、侏罗系—白垩系碎屑岩呈角度不整合接触,包括石灰岩潜山和白云岩潜山。埋藏岩溶型储层又可分为原源埋藏岩溶和异源埋藏岩溶两个亚类,前者为有机酸、盆地热卤水、TSR成因的硫化氢等成岩流体作用的产物,后者为深源热液作用的产物。认为塔里木盆地岩溶型储层是多期次岩溶作用叠加改造的结果。     

哈萨克斯坦楚-萨雷苏盆地热兹卡兹甘地区构造运动与沉积演化

本文基于对楚-萨雷苏盆地热兹卡兹甘地区的构造运动、相应动力学机制、沉积地层的研究,对楚-萨雷苏盆地盆地上古生界沉积演化做了阐述,提出了热兹卡兹甘地区晚古生代经历了早中泥盆世火山盆地-晚泥盆世(成盆初期)滨海冲积平原、局限台地-早石炭世(海侵期)台地、台缘斜坡、陆棚-中晚石炭世(海退期)海陆交互相三角洲-早二叠世(干旱气候期)干盐湖-晚二叠世盐湖的沉积演化。